DE2204280A1

DE2204280A1 - Waermeaustauscher mit im verhaeltnis zum rohrdurchmesser langgestreckten rohren

Info

Publication number: DE2204280A1
Application number: DE19722204280
Authority: DE
Inventors: Josef Metger
Original assignee: Deutsche Babcock and Wilcox AG
Current assignee: Deutsche Babcock and Wilcox AG
Priority date: 1972-01-29
Filing date: 1972-01-29
Publication date: 1973-08-30
Also published as: AT321328B; GB1410124A; FR2169313A1; NL7301239A; IT977130B; FR2169313B3

Description

Wärmeaustauscher mit im Verhältnis zum Rohrdurchmesser

langgestreckten Rohren

Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher mit im Verhältnis zum Rohrdurchmesser langgestreckten Rohren, deren gegenseitige Lagen durch paarweise angeordnete Haltevorrichtungen gesichert sind.

Bin solcher Wärmeaustauscher ist bekannt (LT-PS 871 305). Die Haltevorrichtungen sind Gitter aus Hülsen mit kreisförmigen oder vieleckigen Querschnittsformen, die koaxial zu den Rohren und ohne Abstand paarweise angeordnet sind. Die gegenseitigen lagen der Rohre werden durch Berührungsdruck am äußeren Umfang der Hülsen gesichert, wobei die Gitter wechselseitig auf die Rohre drücken. Die Haltevorrichtungen haben den Nachteil, daß die Rohre beim Zusammenbau unter dem Berührungsdruck der Hülsen eingebaut werden und die Rohre ihre äußeren Durchmesser, zum Beispiel zur Walzstellenvorbereitung oder dgl», nicht überschreiten dürfen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Rohrhalterung des Wärmeaustauschers durch Vermeidung der beschriebenen Nachteile zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Haltevorrichtungen an sich bekannte Platten mit Bohrungen sind, wobei die Durchmesser der Bohrungen größer als die Außendurchmesser der Rohre sind und die Platten in einem bestimmten Abstand angeordnet sowie parallel gegeneinander verschoben und fixiert sind, so daß die einander zugeordneten Bohrungsachsen beider Platten in einem bestimmten Abstand parallel liegen·

Durch die gegeneinander parallele Verschiebung und Fixierung der beiden Platten wird jedes Rohr, das durch je eine Bohrung

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der einen und durch je eine Bohrung der anderen Platte gesteckt ist, von den inneren gewölbten Flächen der beiden Bohrungen gehalten. Geringe Laibungsdrücke der einen Platte wirken an der einen Seite, während die Laibungsdrücke der anderen Platte an der gegenüberliegenden Seite auf den Umfang eines jeden Rohres wirken. Die Größe der freibleibenden Querschnitte zwischen den Rohren und den Wänden der Bohrungen wird durch die Verschiebung der Platten nicht verändert, nur die Verteilung der freien Querschnitte am Umfang der Rohre wird einseitig. Bei der einen Platte befinden sich die freien Querschnitte an der einen Seite und bei der anderen Platte an der gegenüberliegenden Umfangsseite der Rohre.

Durch den Abstand der Platten wird erzielt, daß die geringen Laibungsdrücke als Querkräfte auf die Rohre wirken, die Biegemomente erzeugen, welche durch geringe Rohrfederung ausgeglichen werden. Eine abscherende Beanspruchung der Rohrquerschnitte wird weitgehend vermieden. Gleichzeitig wird durch den Abstand ein freier Querschnitt zwischen den beiden Platten für das die Rohre umspülende Medium geschaffen. Hier strömt das Medium von den freien Bohrungsquerschnitten an der einen Seite der Rohre schräg zu den freien Bohrungsquerschnitten, die sich bei der anderen Platte auf der entgegengesetzten Seite der Rohrumfänge befinden. Der geringste Abstand der Platten wird durch die Strömung bestimmt ·

Durch den bestimmten Abstand der Platten ist es möglich geworden, einfache Platten, die mit zylindrischen Bohrungen versehen sind, zu verwenden, die sich über den ganzen Strömungsquerschnitt des die Rohre umspülenden Mediums erstrecken.

Um nur die Laibungsdrücke vorteilhaft in einem Abstand auf die Rohre wirken zu lassen, wären zum Beispiel lediglich Bohrungen erforderlich, die sich gegeneinander konisch erweitern. Diese aneinanderliegenden Platten sperren den Strom des die Rohr .... ,

spülenden Mediums und können daher zur Halterung der Rohre un<

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als Lenkwände dienen. Durch Anwendung eines Abstandes zwischen den Platten, der sich jedoch nur auf einen Teil einer solchen Umlenkwand erstreckt, wird ein Durchlaß durch die Umlenkwand geschaffen, um tote Winkel im Hauptstrom des Mediums auszuspülen, wodurch der Wärmeübergang verbessert wird. Die Spülmenge ist von dem Querschnitt des Durchlasses abhängig, der durch den Abstand der Platten im Durchlaßbereich bestimmt wird. Das läßt sich in einfacher Weise dadurch verwirklichen, daß die aneinanderliegenden Flächen der Platten abgestuft oder abgeschrägt mit einem bestimmten Abstand im Durchlaßbereich ausgebildet sind.

Durch die Abstufung oder Abschrägung der Platten werden örtlich verteilt bestimmte Abstände zwischen den Platten geschaffen, die verschieden groß sein können und eine unterschiedliche Größe der Flächen zwischen den Platten einnehmen. So kann zum Beispiel ein Plattenpaar zur Halterung der Rohre den gesamten Querschnitt des Wärmeaustauschers einnehmen und doch als Umlenkwand dienen, indem für den Durchlaß des Hauptstromes des Mediums ein großer Abstand zwischen den Platten auf einem großen Teil der Fläche vorgesehen sein kann. Für den Durchlaß einer geringen Menge zum Spülen der toten Winkel kann entsprechend verteilt nur ein geringer Abstand zwischen den Platten angewendet sein.

Durch die Größe der Durchmesser der Bohrungen gegenüber den äußeren Durchmessern der Rohre wird erzielt, daß bei gelöster Fixierung und zurückgeschobener Platte die gesamten Querschnitte der Bohrungen für den Ein- oder Ausbau der Rohre frei sind und daß die Rohre nicht mehr gehalten werden. Dabei liegen die Bohrungsachsen von je zwei zugeordneten Bohrungen koaxial. Gleichzeitig ergibt die Größe der Bohrungen einen Unterschied zwischen den Bohrungsquerschnitten und den Rohrquerschnitten. Die Summe der Querschnittsunterschiede ist für den Durchfluß des die Rohre umspülenden Mediums maßgebend und ausreichend gewählt. Sie ergibt sich in quadratischer Abhängigkeit aus den Unterschieden zwischen den Durchmessern der Bohrungen und den Durchmessern der Rohre· Diese Unterschiede sind je Platte gleich, damit alle

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Rohre an den Laibungen anliegen. Der Mittelwert dieser Unterschiede zwischen den beiden Platten ergibt das Maß, mit dem die Platten gegeneinander versetzt angeordnet sind, und den bestimmten Abstand der parallelen Achsen von je zwei einander zugeordneten Bohrungen. Der bestimmte Abstand der parallelen Achsen wird von Fall zu Pail dem Strom des Mediums angepaßt.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Halterungen für große Bündel aus dünnen Rohren mit enger Teilung einfach sind und durch gleichzeitiges Bohren der beiden kräftigen Platten genau· hergestellt werden können und daß die Rohre des Bündels ein- oder ausgebaut werden können, indem die Fixierung der Platten außerhalb des Bündels gelöst wird. Weiterhin kann der Strömungsquerschnitt des die Rohre umspülenden Mediums durch den Abstand zwischen den Platten eingestellt und auf die Fläche der Halterung verteilt unterschiedlich eingestellt werden.

Bin Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 zwei Platten in Draufsicht, die als Halterungen vorgesehen sind und für den Strömungsquerschnitt des Wärmeaustauscher-Gehäuses die passende Größe besitzen,

Fig. 2 eine Ansicht der Platten mit dem Schnitt nach der Linie A-B der Fig. 1 bei der Herstellung,

Fig. 5 eine Ansicht wie Fig. 2 bei-der Berohrung,

Fig. 4 eine Ansicht der Platten als Halterung mit dem Schnitt nach der Linie C-B der Fig. 1,

Fig. 5 eine vergrößerte Teil-Draufsicht nach Fig. 1,

Fig. 6 eine vergrößerte Teil-Ansicht im Schnitt nach den

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Pigβ 1 und 4 und
fig. 7 den Wärmeaustauscher im Schnitt.

Die Fig. 1 zeigt zwei übereinandergelegte Platten 1 und 2, die mit parallel ausgerichteten langlöchern 3 versehen sind. Die Langlöcher 3 gestatten es, die Platten gegeneinander in einer Richtung zu verschieben und mit Schrauben sowohl in der Decklage als auch in der verschobenen Lage gegeneinander festzuspannen«, Weiterhin sind die Platten mit Bohrungen 4 versehen, die in der verschobenen Lage fluchten und konisch aufgerieben sind. Die Bohrungen 5 fluchten in Decklage der Platten, die dem Einbauzustand im Gehäuse entsprechen. Sie sind gemäß der Fig. mit Zwischenstücken 6 und Schrauben 7 verspannt konisch aufgerieben worden.

In der Fig. 2 sind die Platten 1 und 2 in verschobener Lage c aneinandergelegt. Sie sind mit Schrauben 7 verspannt und mit konischen Stiften 8 gesichert. In diesem Zustand werden alle Bohrungen 9 mit einem Bohrer 10 gebohrt. In dem gleichen Zustand erfolgt auch die Berohrung des Wärmeaustauschers gemäß der Fig. 3, wo die Rohre 11 eingefädelt werden. Das Plattenpaar ist dabei leicht beweglich und wird nach der Berohrung an die Stelle geschoben, die dem vorgesehenen Ort im zusammengebauten Wärmeaustauscher entspricht. Hier werden die Zwischenstücke 6 gemäß Fig. 4 eingelegt. Daraufhin werden die Platten in den Pfeilrichtungen D gegeneinander verschoben, so daß sie in Decklage sind und die Umfange der Rohre 11, gegebenenfalls mit leichtem Druck, •berühren. So wird das Plattenpaar 1, 2 durch die Schrauben 7 verspannt und durch die konischen Stifte 12 fixiert.

In diesem Beispiel sind die Platten 1 und 2 mit ebenen und gegeneinanderliegenden Flächen gezeigt. Daher ist der Abstand a der Platten auf die Quersohnittsfläche des die Rohre umspülenden Mediums gleichmäßig verteilt und entspricht der Dicke der Zwischenstücke 6. In besonderen Fällen, die in der Zeichnung nicht

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dargestellt sind, iat es vorteilhaft, den Abstand a zwischen den Platten 1 und 2 in unterschiedlicher Größe verteilt auszubilden, um an den Stellen mit engem Abstand a den Durchfluß des Mediums zu drosseln und an den Stellen ohne Abstand a, wo sich die Platten berühren, den Durchfluß des Mediums abzusperren»

In diesem Beispiel sind auch alle Bohrungen 9 der Platten 1 und 2 mit gleichem Durchmesser gebohrt. Alle Rohre 11 besitzen den gleichen Außendurchmesser. Daraus ergibt sich, daß auch die bestimmten Durchmesser-Unterschiede b und b^f zwischen den Bohrungen und den Rohrdurchmessern gleich sind und somit auch der Mittelwert c, um den die Achsen der Bohrungen verschoben sind, ebenfalls gleich ist (b = b¹ = c).

Durch Entfernung der konischen Stifte 12 aus den Bohrungen 5 und durch Fixierung der Platten 1 und. 2 mit den konischen Stiften 8 in den Bohrungen 4 werden die Platten gelockert, so daß Reparaturen an den Rohren leicht durchgeführt werden können. Nach durchgeführter Reparatur werden die Platten, wie in Fig. 4 beschrieben, durch die konischen Stifte 12 wieder gesichert.

Die Figuren 5 und 6 zeigen die Platten 1 und 2, die durch kräftige Stege 13 genügend stark sind, um die Last von einigen tausend Rohren 11 zu halten. Sie verdeutlichen durch die Pfeile E den Durchfluß des die Rohre umspülenden Mediums durch das Plattenpaar 1, 2. Der Durchfluß erfolgt durch die freien Querschnitte der Bohrungen 9, wobei die Querschnitte durch die Unterschiede b und b' der Durchmesser zwischen den Bohrungen 9 und den Rohren 11 gebildet werden. Der Durchfluß in den Pfeilrichtungen E wird erst durch den Abstand a zwischen den Platten 1 und 2 möglich. Das ist der Grundgedanke der Erfindung. Es ist auch j leicht zu erkennen, daß durch Verkleinerung des Abstandes a die Strömung in Pfeilrichtung E gedrosselt wird und daß die Strömung in Pfeilrichtung E gesperrt wird, wenn sich die Platten berühren, also kein Abstand a vorhanden ist. Das ist ein weite- ' rer Gedanke der Erfindung.

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Die !ig. 7 zeigt den Y/ärmeaustauscher, der ein Dampferzeuger ist. Die Enden der U-förmig gebogenen Rohre sind durch den Rohr· boden 14 gesteckt und an ihm befestigt. Jedes Rohr endet in den Kammern 15 und 16. Die Rohre 11 werden durch Druckwasser eines Kernspaltungsreaktors beheizt, indem den Rohren das Druckwasser durch den Stutzen 17 zugeführt wird und aus den Rohren durch den Stutzen 18 das Druckwasser wieder abgeführt wird. Das Speisewasser des Dampferzeugers tritt durch den Stutzen 19 in das Druckgehäuse 20 ein und wird durch den Lenkmantel 21 nach unten geführt, wo es als das Medium in den Querschnitt des Wärmeaustauschers eintritt, das die Rohre 11 umspült. Der Lenkmantel 21 begrenzt den Querschnitt für den Strom des Mediums und umschließt den langgestreckten Teil der Rohre 11.

In Abständen 22 sind Plattenpaare 1 und 2 angeordnet, die gemäß den Figuren 1 bis 6 ausgebildet sind. Die Plattenpaare erstrecken sich über den Querschnitt des lenkmantels 21 und halten die Rohre 11 als Bündel zusammen. Der Wärmeaustauscher wird in Pfeilrichtung E von unten nach oben durchströmt. Der erzeugte Sattdampf verläßt das Gehäuse 20 durch den Stutzen 23·

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE

Wärmeaustauscher mit im Verhältnis zum Rohrdurchmesser langgestreckten Rohren, deren gegenseitige Lagen durch paarweise angeordnete und gleichförmige Haltevorrichtungen gesichert
sind, dadurch gekennzeichnet , daß die Haltevorrichtungen Platten (1, 2) mit Bohrungen (9) sind, wobei
die Durchmesser der Bohrungen größer als die Außendurchmesser der Rohre (11) sind und die Platten in einem bestimmten Abstand (a) angeordnet sowie parallel gegeneinander verschoben und fixiert sind, so daß die Achsen von je zwei einander zugeordneten Bohrungen (9) beider Platten in einem bestimmten
Abstand (c) parallel liegen.
2. Wärmeaustauscher nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Plattenpaaren (1, 2) der Abstand (a) zwischen den Platten abgestuft oder schräg verlaufend in vorher bestimmter Art unterschiedlich ist.
3. Wärmeaustauscher nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein Teilstück eines Plattenpaares (1, 2) einen Abstand (a) zwischen den Platten aufweist.
4· Wärmeaustauscher nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß mehrere Plattenpaare (1, 2)
alle Rohre des Wärmeaustauschers sichern.
5· Wärmeaustauscher nach dem Anspruch 31 dadurch gekennzeichnet, daß jedes Plattenpaar (1, 2) nur ein Teil der Rohre (11) des Wärmeaustauschers sichert und daß die
Plattenpaare als Lenkwände versetzt angeordnet sind.
6. Wärmeaustauscher nach dem Anspruch 1, daduroh g e k e η η -

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zeichnet, daß beim Sichern der Rohre (11) die Platten (1, 2) durch konische Stifte (12) fixiert sind.
7. Wärmeaustauscher nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß beim Einschieben der Rohre (11) die Platten (1, 2) durch konische Stifte (8) fixiert sind·

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